4-1 隧道之湧水問題
針對隧道之湧水問題，整理其地質狀況、湧水情形及處理對策，探討地質-湧水 型態-工法三者之關係，期能歸納出針對設計階段與施工階段隧道遭遇
湧水狀況時之處理原則，並探討湧水對於隧道長期穩定性之影響，以提供工程 界遭遇類似隧道問題時之參考。
台灣地區屬副熱帶季風型氣候，雨量充沛，年平均降雨量高達2500 公釐；且台 灣位處歐亞板塊與菲律賓板塊交界處，活躍的地質運動造成地層破碎度高，因 此雨水極易沿地質脆弱面滲入地層深處。在前述兩者相互作用下，形成台灣豐 富的地下水源泉與特徵。地下水狀況對隧道工程開挖與長期穩定佔有非常重要 的地位。湧水發生時，輕則機具故障損毀、工期展延，重則隧道崩塌勞工傷亡，
故湧水之防範與處理實為重要之課題。本文介紹湧水之分類及探查技術，以瞭 解兩者間之關係；再者簡述湧水處理之方法與湧水發生之案例；進而探討案例 中對於湧水所採行之對策，並將地質-湧水型態-處理工法三者間做探討，以瞭解 相互之間的關係；最後對湧水之發生與處理之方式做一結論。
4-1-1 湧水之分類
湧水依發生之場所分類有開挖面湧水、側壁湧水與坑口溢流水等；以湧水之溫 度或化學成分分類為酸性水、礦泉水、溫泉水等；而湧水之來源分類有循環水、
封存水及外引水等。
就土木工程而言，以湧水來源作為分類的方法較能與輔助工法相連結，茲將各
種湧水狀況說明如下：
1.循環水為雨水降下後，經地表之裂縫滲入地下之弱層中，經由地下連通之流路 於下游又出露於地表，再經蒸發後進入水系循環，具有此一特性之地下水謂之。
2.封存水為古代之雨水進入地質構造內後，因地質之變化或構造之影響，導致〝進 入之水無法再進入水系循環〞；隨著時間的消逝，水質也因礦物、溶解之氣體或 微生物之作用而改變謂之。
3.外引水大多為通連水庫、湖泊、河流或海洋而來；當隧道於附近施工突發生湧 水時，將使〝隧道與水源之間形成流通的管道〞，造成水不間斷的湧進，形成重 大災難，此種連通大區域水源所形成之狀況謂之。
4-1-2 湧水探查技術
湧水來源與分布區域對隧道工程的影響是很重要，如能事前加以避開、預防有 效的掌控地下水之來源及蘊藏之範圍，將使異發性湧水災害的產生頻率降至最 低，影響程度減至最少。
一、湧水來源
湧水來源之探查主要在瞭解湧水是屬於循環水、封存水、外引水，採〝水質檢 驗〞加以研判，方法有離子含量測定、PH 值、追蹤劑測定等略述如下：
1. 離子含量測定：地下水存於地下時間越長，則溶解地層中之物質越多，則水 之導電度亦越大，因而水質中不同數量之離子濃度可判斷地下水源。
2. PH 值：若海水滲入地下水時，PH 值將會變大；或將混凝土滲入地下水時，
則PH 值變小但成酸性反應，利用此特性探查水源。
3.追蹤劑：測定若將該劑投入預測水源中，俟後於隧道內擷取地下水檢驗有否含 追蹤劑，可確知地下水流徑。
二、湧水之分佈
湧水分布區域探查之方法有〝鑽探〞與〝地球物理探測〞兩方面。鑽探方式應 用普遍，不再贅述；地球物理探測方法則有折射、反射震測、地電阻探測等。
簡述如下：
1.〝折射與反射震測〞乃利用不同岩盤具有不一樣傳波速度之特性，進而判斷岩 盤之新鮮度與地盤延伸之方向。以「折射震測」而言，岩盤越新鮮，傳波速度 越快，岩盤越破碎，傳波速度越慢；以「反射震測」而言，則利用震波之頻率 變化與震波之繞射現象作為判斷地層分佈之依據。
2.〝地電阻探測〞係利用地層中電位與電流衰減之情況藉以判斷地層分佈，一般 含水區域所產生之電阻值較低，可藉以判斷出富含地下水之分布。
鑽孔資料為較精準性之線型資料，地球物理探測則為區域性之整體面資料。利 用〝地球物理探測〞，結合地質之碎裂帶與湧水區域影像，且配合“鑽探資料”，
可研判此類地盤於碎裂狀態下之透水性，大致可推測出「湧水之來源與水壓、
水量之趨勢」。
4-2 隧道之湧水處理
湧水處理之方式可分為阻水與排水兩類，阻水工法乃利用特定之物質或方法來 阻擋地下水滲入已開挖之隧道內，排水工法則將地下水有效的導引至預計的流
路排除，兩者之目的均為維持隧道可開挖之環境及穩定性。以下分別簡介阻水 工法與排水工法之內容﹝22﹞。
4-2-1 止水工法
止水方法目前可分為灌漿法、冷凍法及壓氣法等三類。「灌漿法」係依不同之現 地狀況用不同之灌漿材料，種類計有水泥漿、水玻璃、皂土、聚胺酯樹脂、熱 瀝青、塑鋼土等；「冷凍法」乃於湧水隧道之周邊佈設冷凝管，利用冷凝管吸收 四周熱能，進而使溫度下降造成水凝固成冰而止水；「壓氣法」則為於開挖之區 段增加氣壓，使坑內之壓力大於或等於水壓力以阻止地下水侵入。一般而言，〝冷 凍法與壓氣法〞多應用於土質隧道，岩質隧道則多採用〝灌漿〞之止水方式。
灌漿法依不同之湧水狀況亦應選擇不同之灌漿材料方能因地制宜，如湧水壓小 之情況下，採用〝水泥系之灌漿材〞應有不錯之表現，對於較高壓力之情形，
則使用可以〝控制膠凝時間之灌漿材〞，如聚胺酯樹脂；針對高流量與高壓力之 湧水而言，採用〝可流動且不透水之材質〞應為不錯之選擇，如熱瀝青。
4-2-2 排水工法
排水之方法有三大類，其中「鑽孔排水」乃以鑽孔之方法將導水管鑽入湧水之 地層中，導引地層中之地下水；而湧水量較大，鑽孔已無法迅速的排除湧水量，
則採用「排水隧道法」，於隧道本體或側邊先行開鑿一至數條小型排水導坑，快 速有效的排除地下水；「鑽井法」乃於地面上鑽深孔到達湧水之區段，以強制抽 水之方式排除地下水。
湧水工法之選擇大多數之情況均需要〝阻水與排水〞互相搭配，採綜合治水方
式方能盡善盡美。「阻水」是為了避免開挖區域水流成河，維持開挖面之可工作 性；而「排水」是為了降低地下水之水壓力，避免開挖面地質弱帶因水壓過大 而崩塌，亦可減低水壓長期對支撐系統之負荷；故於大部分之案例，多為「阻 水」、「排水」兩者並行搭配使用。
4-3 湧水案例略述
隧道湧水案例共蒐集國內外7 處，計台灣 4 處([23]、[24]、[25]、[26])、日本 2 處[24]，藉由對案例之瞭解以探討湧水之處理原則，並整理各種不同情況下之處 理方法。
各案例之資料整理如表4-1 所示；限於篇幅僅針對雪山隧道導坑、新永春隧道、
烏山頭水庫送水隧道、基平隧道簡略說明如下：
4-3-1 雪山隧道導坑 (39k+168， [23])
雪山隧道西起台北縣坪林鄉境內北勢溪左岸，貫穿雪山山脈，東至宜蘭縣頭城 鎮，全長約 12.9 km。包含兩主隧道及一中間導坑。東側因造山運動影響，形成 岩體嚴重剪裂破壞，導致成為密集斷層區。
取第九次TBM 受困為例，1995 年 2 月 TBM 開挖至里程 39K+168 附近遭遇斷 層帶，斷層兩側岩盤由極為堅硬的石英砂岩間夾薄層硬頁岩組成，節理開裂且 發達，並受到斷層的影響，岩盤擾動、剪裂並夾厚層砂泥達數公尺，形成一發 育良好的止水層、儲水層系統。TBM 通過後，大量的高壓地下水沖向機頭，造 成機頭前方嚴重抽坍，亦使尾盾附近已組立之環片遭剪裂破碎的岩盤壓毀，湧 水量達8.88T/min，崩坍碴料由尾盾開口大量湧入盾身內，掩埋約 20 m，造成重
大災害〈如圖4-1、圖 4-2〉。
災害處理採用〝近灌遠排〞之原則，先以噴凝土及鋼支保補強並於環片背後固 結灌漿填充孔隙，盾身以外則進行排水迂迴坑之開挖，並打設水平排水孔，一 方面排水，另一方面則繞行搶修隧道；並以頂導坑方式先挖除該段約 33 m 長不 良地質，經處理九個半月後恢復TBM 鑽掘。
圖4-1 雪山隧道導坑湧水量達 8.88T/min 受困災變情形﹝27﹞
圖4-2 雪山隧道導坑湧水 TBM 受困災變情形﹝27﹞
4-3-2 烏山頭水庫送水隧道 ﹝25﹞
烏山頭水庫之送水隧道規劃長度為502 m，開挖斷面積約 17 m2，採新奧工法及 機械開挖方式進行，覆蓋厚度為19 至 44 m 之間，地表則以植生及公共設施為 主。
本隧道全線之地質狀況除未固結之台地堆積物及表土外，主要由初度固結之暗 灰色至青灰色泥岩、砂岩及其互層所組成。當隧道開挖至里程 0k+275 處，上方 覆蓋約26 m，下半斷面發現砂岩層出露且大量滲水，先採鑽孔排水方式，但無 法有效降低湧水壓力，故水壓破壞噴凝土保護面，致泥水夾帶砂料湧出後致使 砂岩層滔空，上層泥岩因缺乏支撐而崩落，泥岩遇水又軟化形成泥流，如此崩 坍面往上漸進式地竄升，最終於隧道內堆積成長125 m，坡度約 1：25 之泥漿 緩坡。
經再行補充地質調查，推測湧水〝應為砂岩層與水庫之水相連接、地下水位與 水庫之水位相當〞而來，故採行之處理原則為「儘速通過此類地層並儘量減少 地下水進入隧道」；除利用改線以減少隧道長度外，並於地面〝鑽井排水〞，而 於隧道開挖時並打設“水平鑽探排水管”，一方面確定開挖面前方之地質預作準 備，另一方面則可排除前方地層中之地下水以降低水壓，確保安全。本工程雖 於岩盤中進行，但因岩盤屬初步固結，故砂岩層之透水特性類似砂性土壤之滲 透性，所以採用排水工法即可改善隧道湧水之情形。
4-3-3 新永春隧道（8k+058， [26]、[28]）
新永春隧道位於宜蘭縣蘇澳鎮南側蘇澳至東澳之間，全長約4460 m，斷面積約